Die kostengünstige Anwendung für Ihr eigenes Design.

Obwohl eisenlose Linearmotoren seit über einem Jahrzehnt in Halbleiter- und Elektronikanwendungen eingesetzt werden, gelten sie bei vielen Entwicklern und OEMs immer noch als Nischenprodukte. Die Wahrnehmung von Linearmotoren als kostspielige Lösung für spezielle Anwendungen ändert sich jedoch langsam, da immer mehr Branchen sie als Ersatz für Kugelumlaufspindeln in Verpackungs-, Montage- und Teileladeanwendungen einsetzen. Obwohl die Kosten für Linearmotortechnologie in den letzten zehn Jahren gesunken sind, müssen bei der Wahl zwischen einem Linearmotor und einer Kugelumlaufspindel sowohl die Leistungsanforderungen der Anwendung als auch die Gesamtbetriebskosten über die Lebensdauer der Maschine oder des Systems berücksichtigt werden. Im Folgenden finden Sie einige der wichtigsten Parameter, die beim Vergleich und der Auswahl zwischen Kugelumlaufspindeln und Linearmotoren zu beachten sind.

Wo Linearmotoren überzeugen

Ein Linearmotor ist im Wesentlichen ein „abgerollter“ Servomotor, bei dem der Rotor mit Permanentmagneten der stationäre Teil (auch Sekundärteil genannt) und der Stator der bewegliche Teil (auch Primärteil oder Forcer genannt) ist, wobei die Spulen in Epoxidharz eingekapselt sind. Der bekannteste Vorteil von Linearmotoren ist das Fehlen beweglicher Teile, wodurch sie eine viel höhere Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit als Kugelumlaufspindeln erreichen. Ein weiterer Vorteil hinsichtlich der Positioniergenauigkeit ist der Encoder. Während Kugelumlaufspindeln üblicherweise einen am Motor montierten Drehgeber zur Positionsrückmeldung verwenden, nutzen Linearmotoren eine magnetische oder optische lineare Skala zur Positionsrückmeldung. Die lineare Skala misst die Position an der Last, wodurch eine genauere Messung der tatsächlichen Position möglich ist. Bei hochpräzisen Anwendungen kann diese genauere Positionsrückmeldung den Unterschied zwischen einem Teil, das den Spezifikationen entspricht, und einem Teil, das nachbearbeitet werden muss oder Ausschuss wird, ausmachen.

Rotierender Linearmotor

In einem früheren Artikel haben wir den Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Verfahrweg bei Kugelumlaufspindeln erörtert. Auch hier bieten Linearmotoren Vorteile. Der zulässige Verfahrweg von Linearmotoren ist theoretisch unbegrenzt, da andere Systemkomponenten – Linearlager, Kabelführung und Encoder – den maximalen Verfahrweg bestimmen. Auch die maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung von Linearmotoren sind deutlich höher als die von Kugelumlaufspindeln, mit typischen Werten von bis zu 10 m/s Geschwindigkeit und 10 g Beschleunigung, solange die anderen Systemkomponenten richtig dimensioniert sind, um diese Spezifikationen zu erfüllen. Trotz der durch andere Systemkomponenten bedingten Beschränkungen sind Linearmotoren Kugelumlaufspindeln in Anwendungen, die sowohl große Verfahrwege als auch hohe Geschwindigkeiten erfordern, immer noch leistungsfähiger. Sie bieten zudem den Vorteil, dass unabhängig angetriebene Schlitten (Primärteile) auf demselben Sekundärteil möglich sind. Dies ist besonders bei Verpackungsanwendungen nützlich, bei denen das zu verpackende Material vor dem Einfüllen in das Verpackungsmedium komprimiert werden muss (denken Sie an Windeln in einem Plastikbeutel).

Gesamtbetriebskostenfaktoren

Wartung und Zuverlässigkeit sind wichtige Kriterien bei der Analyse der Gesamtbetriebskosten, und Linearmotoren bieten über die gesamte Lebensdauer des Systems hinweg mehrere Vorteile. Da Linearmotoren keine mechanisch beweglichen Teile enthalten, sind sie wartungsfrei. Lediglich die Linearlager müssen regelmäßig geschmiert werden. Viele Lager werden mittlerweile mit Langzeitschmierung oder Lebensdauerschmierung angeboten. Das Fehlen beweglicher Teile im Antriebssystem verbessert zudem die Zuverlässigkeit, da keine Wälzkörper, Laufbahnen oder Dichtungen vorhanden sind, die sich mit der Zeit abnutzen und ausgetauscht werden müssen.

Bei jedem Linearsystem ist es wichtig, die Umgebungsbedingungen sowie den Bedarf an Dichtungen und Schutzabdeckungen zu berücksichtigen. Linearmotoren bilden hier keine Ausnahme, da sie schwieriger zu umschließen und zu schützen sein können als herkömmliche Kugelumlaufspindeln. In vielen Fällen können Linearmotoren jedoch aggressiveren Verunreinigungen standhalten als Kugelumlaufspindeln, sofern die Linearlager entsprechend der Arbeitsumgebung abgedichtet sind.

Bei Linearmotoren ist die Temperatur der kritischere Umgebungsfaktor. Da das Epoxidharz, mit dem die Spulen eines eisenlosen Linearmotors verkapselt sind, die Wärme nicht optimal ableitet, kann eine Kühlung – entweder durch Druckluft oder Wasser – erforderlich sein, um eine akzeptable Betriebstemperatur für Motor und Montagestruktur aufrechtzuerhalten. Einige Hersteller verwenden Epoxidharze mit hoher Wärmeableitungskapazität. Es ist jedoch wichtig, die Wärmeableitung des Motors und die Auswirkungen der Temperatur auf die verfügbare Motorkraft zu überprüfen.

Immer mehr Branchen und Anwendungen erfordern lange Verfahrwege, hohe Geschwindigkeiten und hohe Positioniergenauigkeit. Während viele Linearsysteme zwei dieser drei Kriterien erfüllen, sind Linearmotoren die einzige Technologie, die alle drei kompromisslos erfüllt. Da Durchsatz und Gesamtbetriebskosten zu den entscheidenden Faktoren bei der Technologieauswahl werden, machen sich Konstrukteure und OEMs mit Linearmotortechnologien vertraut und unterstützen sie dabei, sich neben Riemen, Zahnstangen und sogar Kugelumlaufspindeln vom Nischenmarkt zum Mainstream zu entwickeln.